• 터널과지하공간
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• 제30권6호
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• pp.559-572
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• 2020

본 연구에서는 현지 암반의 진삼축 응력 조건과 온도 변화를 고려한 공벽 안정성 실험을 수행하고, 심부 지하의 응력 조건과 압력 조건에서 암석의 열역학적 거동을 관찰하였다. 중국 황색 사암과 국내 황등 화강암 시료를 이용하여 진삼축압축실험을 진행하였다. 역학 실험은 각각 9가지 구속압 조건에서 수행되었고 열역학 실험은 화강암 시료를 이용하여 6가지 구속압 조건에서 시료를 60℃~100℃로 가열하여 수행하였다. 역학 실험 결과 공벽 파괴가 발생하는 최대 주응력은 중간 주응력에 비례하는 것을 확인하였다. 열역학 실험에서는 온도 증가에 따라 공벽의 응력장에 열응력이 추가되어 공벽 파괴가 추가적으로 발생하는 것을 확인하였다. 실내 실험 결과를 분석하기 위해 모기쿨롱 파괴 기준식을 사용하여 분석하였다. 원통형 시료에 대한 전통적인 삼축압축시험 결과와 진삼축 조건 하의 공벽 파괴 실험 결과가 모두 진삼축 파괴 기준식인 모기쿨롱 파괴 기준식에 잘 부합됨을 확인하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권6C호
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• pp.305-314
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• 2012

본 연구에서는 미소파괴음을 활용하여 한국 원자력 연구원 지하처분연구시설에서 채취한 화강암의 손상도를 정량적으로 평가하였다. 해석결과 균열손상기준은 균열개시, 균열손상응력은 일축압축강도의 약 48%, 72%이며 균열손상기준에 따른 암석의 손상은 시료에 가해지는 응력이 균열손상응력을 초과하면서부터 0.06에서 일축압축강도의 80%, 90%에서는 0.34, 0.60로 급격히 증가하였다. 이는 축 방향 변형계수를 활용한 손상도 결과와 유사하여 단순회귀분석 결과 두 기법의 상관관계는 0.90로 상관성은 매우 높은 것으로 나타났다. 이에 미소파괴음 에너지를 활용한 손상도 결과와 모어-쿨롱 파괴규준을 이용하여 응력수준에 따른 축 방향 변형계수, 암석의 강도, 점착력, 내부마찰각 변화를 분석한 결과 균열손상응력 이전까지는 원결과보다 각각 6%, 12%, 7%, 3% 감소하였지만 일축압축강도의 90%수준에서는 69%, 72%, 62%, 24%로 감소의 기울기는 급격히 증가하였다.

• 지질공학
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• 제32권4호
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• pp.643-659
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• 2022

최근 지중저장기술(예, 온실가스 심지층 처분, 인공지열저류층 발전 등)이 활발히 수행됨에 따라, 유체 주입과 저장부지 안정성 사이의 역학적 관계에 관한 정량적 이해의 중요성이 인지되고 있다. 지중 유체 주입은 공극압 및 지중응력 교란과 지층의 역학적 불안정성을 야기할 수 있어, 유체 주입에 대한 다공탄성 수치 모형 구축이 요구된다. 본 연구에서는 순차적인 COMSOL-PyLith-COMSOL 유체 주입-유발지진 다공탄성 수치 모사를 수행한다. 유한요소 상용 소프트웨어인 COMSOL을 이용해 단층에 가해지는 쿨롱 파괴 응력(CFS) 변화를 시간에 따라 추적하였고, CFS 변화량이 임계값(예, 0.1 MPa)을 초과할 경우, 모형의 정보(기하구조, 물성 등)를 유한요소 오픈소스 코드인 PyLith로 이동시키는 알고리즘을 구축했다. PyLith는 단층의 미끄러짐을 모사하고, 미끌림에 의한 변위장을 획득한다. 이후 변위장을 COMSOL로 이동시켜 지진에 의한 응력 및 표면 변위를 계산한다. 수치 모사 결과, 주입 기간 중엔 주입정 근거리에서 큰 변화(공극압, CFS 변화 등)를 보였고, 주입 종류 후에는 잔류 응력이 원거리 영역으로 확산하는 양상이 나타났다. 이는 주입 종료 후 지속적인 모니터링의 필요성을 제안한다. 또한, 단층과 주입층 물성(예, 투수계수, Biot-Willis 계수)에 따른 CFS 변화량 비교는 주입정 위치 선정 시 주입층 및 주변 지층에 대한 물성 파악이 중요함을 의미한다. 단층 미끄러짐 양에 따른 표면 변위 및 이암층에 가해지는 편차응력은 다양한 단층 미끌림 시나리오 설정의 필요성을 지시한다.

• 지질공학
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• 제25권3호
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• pp.357-368
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• 2015

대전지역 중생대 화강암 암반을 대상으로 경험적 해석과 수치해석 모델링을 사용하여 심도에 따른 취성파괴 예측 연구를 수행하였다. 먼저 손상제어시험 등의 실내시험으로 경험적 해석과 수치해석 모델링에 필요한 입력 변수를 측정하였고, 측정결과를 바탕으로 연구지역의 암반을 경암에 속하는 그룹 A와 극경암에 속하는 그룹 B로 구분하여 각 그룹별 대표 물성치를 사용하였다. 취성파괴의 해석에는 해석구간의 심도와 측압계수(k)로 결정되는 원위치응력 값이 필요하나 연구지역의 원위치응력 값은 측정되지 않았다. 그러므로 다양한 원위치응력 상태를 고려하기 위하여 3가지의 측압계수 (k=1,2,3)를 분석에 적용하였다. 경험적 해석과 수치해석 모델링에서 측압계수가 1일 경우, 연구지역의 암반에서는 1000 m의 심도까지도 취성파괴가 발생할 가능성이 매우 낮은 것으로 분석되었다. 그러나 측압계수가 2일 경우에는 심도 800 m 구간에서부터, 측압계수가 3일 경우에는 심도 600 m 구간에서부터 취성파괴가 발생될 가능성이 높을 것으로 판단된다. 이 연구에서는 점착력약화-마찰각강화(CWFS) 모델과 Mohr-Coulomb 모델이 사용되었으며, CWFS 모델은 암반의 취성 파괴영역의 범위와 깊이를 잘 모사하였으나 모아-쿨롱 모델은 이러한 변화를 구현하지 못하였다.

• 터널과지하공간
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• 제31권4호
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• pp.221-242
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• 2021

기존의 한국형 기준 처분시스템의 처분 효율을 높인 향상된 한국형 기준 처분시스템(Improved Korean Reference Disposal System, KRS⁺)의 열-수리-역학적 복합거동 성능평가를 위해 TOUGH2-MP/FLAC3D를 이용한 수치모델링 연구가 수행되었다. 사용후핵연료 처분 이후 방사성 붕괴열에 의해 처분시스템의 온도가 상승하고, 방사성 붕괴열이 빠르게 감소함에 따라 온도가 감소하여 최대 온도가 설계기준 온도인 100℃를 넘지 않는 것으로 나타났다. 완충재의 초기 포화도는 온도 상승으로 인한 공극수의 증발로 인해 감소하였다가 주변 암반으로부터 지하수가 유입되어 처분 약 250년 후 포화 상태에 이르렀다. 암반에서는 완충재와 암반의 흡입력의 차이로 인해 암반에서 완충재로 지하수가 유입되어 처분 직후 포화도가 감소하다가 이후 원계 암반으로부터 지하수가 유입되어 포화 상태에 도달했다. 처분시스템 내 열응력과 팽윤압 발생에 의한 주변 암반의 파괴 가능성을 평가하고자 모어-쿨롱 파괴기준식과 스폴링 강도를 사용하였다. KRS⁺ 처분시스템의 처분공의 간격을 감소시키면서 처분시스템의 열적 거동 변화를 확인하였는데, 처분공 간격이 5.5 m 이하에서는 완충재의 설계 기준 온도를 초과하게 된다. 다만, 벤토나이트 완충재 부피의 56.1%의 온도는 90℃ 이하로 유지되었다. 본 연구에서 사용한 수치해석 기법은 향후 응력 모델, 지온 경사 및 입력 물성을 변화시킨 다양한 조건에서의 처분시스템의 THM 복합거동 성능평가에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.